整体式履带行走机构驱动轮设计及CAE分析
整体式履带行走机构驱动轮轮齿设计及CAE分析
郭 赟、王 宇
（三一重型装备有限公司，沈阳 110027）
摘要：驱动轮作为煤矿机械行走机构的关键零件，其结构的优劣直接影响设备性能及行走机构的使用寿命。本文介绍两种驱动轮轮齿的结构设计方法，并且进行CAE分析，验证安全系数。
关键字：驱动轮；结构设计；安全系数
Abstract:It is a key part that the drive wheel is in traveling mechanism of coal mine
machinery,such configuration is well or not that will make a impact on equipment performance
and life of traveling mechanism.The article introduce that there are two sorts of configuration and
comparing with them, and making CAE analysis to validate safety factor.
Key words: drive wheel; wheel-tooth configuration design; safety factor
0 引言
煤矿机械的主要工作场所是煤矿巷道，巷道工作面空间狭小，如果机械零部件发生故障，维修很不方便，这决定了机械零部件要有很高的可靠性。煤矿掘进机械全部采用履带行走机构，在掘进设备工作时，经常需要前后运动以及从此工作面移向另一工作面，并且在巷道有坡度时，掘进设备还需要上山或下山移动，这决定了行走机构要有很高的可靠性。行走部驱动轮作为煤矿机械行走机构的关键零件，其结构的优劣直接影响设备性能及行走机构的使用寿命。
1 行走机构简介
大多数工程机械都采用履带行走机构，履带又分为组合式履带与整体式履带。地上路面工程机械大多数采用组合式履带行走机构，组合式履带由履带节、履带销、销套、履带板和履带螺栓等组成，各零件个单独更换，且泥沙不易进入销套内，但拆装困难。与组合式履带啮合传递动力驱动轮可以参照GB/T 1243-1997制造。
国内煤矿机械行走机构几乎都采用整体式履带板，履带板整体制造，制造拆装简单，成本低，低速行走功率损耗小。驱动轮与履带啮合属于非共轭啮合传动，在传动过程中，节距的积累偏差主要反应在啮合齿上，啮合的齿数越多，这个偏差的影响越大，在这钟情况下，整体式履带的驱动轮都采用特殊啮合方式设计，即履带节距比驱动轮节距小1%～5%，这时，只有最前面一个轮齿和即将脱出啮合的一个节销在啮合，其他节销都和各齿不接触。特殊啮合的优点是，节销退出啮合时不发生冲击，以及当履带因磨损而节距增大时，就变成正常啮合。
2 驱动轮轮齿结构设计
行走机构的整体高度决定驱动轮分度圆的大小，分度圆大小又与驱动轮齿数以及节距有关。驱动轮与履带板节距可以按照MT/T 579-1996《悬臂式掘进机履带板及其销轴》选取，也可以根据行走机构实际情况在此标准基础上进行调整。
2.1两圆弧轮齿
驱动轮设计所涉及的参数有：
p — 节距；
Z — 驱动轮旋转一圈，参与啮合的工作齿数（一般选10～15）；
d0 — 度圆直径；
d — 滚子直径（根据履带板结构确定）；
da — 齿顶圆直径；
df — 齿底圆直径；
b — 齿宽 计算公式有：
zpd180sin0 ——— （公式一）；
ddda)0.18.0(0～ ——— （公式二）；
dddf0 ——— （公式三）；
bl = 0.4p ——— （公式四）；
具体作图步骤如下（作图轨迹见图1）：
1）、在分度圆上取任意一点为点A，以点A为圆心，分别以p、（1+0.03）p为半径作弧，交于分度圆点B、点C；
2）、以点A为圆心，d为半径作弧；以点C为圆心，p为半径作弧，两弧交于点D；
3)、以点D为圆心，p为半径作弧，与经过点B的弧交于点E；
4）、以点E为圆心，p-d/2为半径作弧；以点A为圆心，d为直径作弧，两圆弧相切，即驱动轮一个轮齿齿廓的一半；
5）、根据履带板结构，计算出相邻滚子圆心距e；
6）、重复步骤1）～6），画处该轮齿齿廓的另一半，即两圆弧相切轮齿齿廓设计完成。
图1
2.2三圆弧-直线轮齿
该结构来源于GB/T 1243-1997，主要不同之处在于，驱动轮齿形半角2/γ包含有一个补偿角γ′。补偿角γ′越大，分度圆齿厚越小，所以在确定补偿角γ′时，要根据履带板结构，以及强度校核公式进行调整。需要有补偿角γ′的计算公式有：
1）、齿顶圆弧中心O3的坐标：
)'180cos(3.1γzdW ———（公式五）；
)'180sin(3.1γzdV ———（公式六）；
2）、齿形半角2/γ：
'z64172/γγ ———（公式七）；
其余公式与GB/T 1243-1997所提供的公式相同，这里不再赘述。
3、强度校核 校核驱动轮轮齿的弯曲强度和挤压强度。
弯曲疲劳强度：FWTh≤[limF] ———（公式八）；
接触疲劳强度：H0.418)12/1(2RdbTEl≤[limH] ———（公式九）；
式中T ——— 驱动轮圆周力
h ——— 齿高
W ——— 抗弯截面系数
E ——— 材料的弹性模量
R ——— 接触点处齿形的曲率半径
bl ——— 链轮齿宽
d ——— 滚子直径
以p=150mm，z=10，d =60mm为例，取分度圆齿宽42mm，查手册limF= 300MPa；limH=750MPa绘制上述两中驱动轮轮齿，测量两种齿形的齿高分别为h1=28.1mm；h2=
28.6mm，计算抗弯截面系数W，并根据公式八、公式九计算得出1F= 144.37MPa；2F
=142.46MPa；1H=2H=128.64MPa；安全系数SF1=limF /1F=2.07；SF2=limF/1F=2.11；SH1=SH2=limH/1H=5.83。
4、利用ANSYS workbench软件进行CAE分析
通过ANSYS workbench软件进行CAE分析，验证驱动轮轮齿的安全系数。
如图二 两圆弧轮齿所示，最大等效应力是132.36MPa，链轮材料的弯曲极限应力是930MPa，所以最大等效安全系数是Se = 930/132.36 = 7.03。
如图三 三圆弧-直线轮齿所示，最大等效应力是134MPa，链轮材料的弯曲极限应力是930MPa，所以最大等效安全系数是Se = 930/134 = 6.94。
图二 两圆弧轮齿
图三 三圆弧-直线轮齿
5、结论
大节距且特殊啮合的整体式履带板驱动链轮轮齿，在结构设计上有很大的灵活性，本文介绍了两种典型的驱动轮轮齿结构，三圆弧-直线齿形与两圆弧齿形相比，该齿形包括齿沟圆弧、工作段圆弧、齿顶圆弧，以及与工作段圆弧、齿顶圆弧都相切的直线段，轮齿表面过渡平滑，在与履带板啮合转动过程中冲击小，所以三圆弧-直线轮齿齿形为优选齿形，合理选取齿宽、齿厚，提高驱动轮的可靠性。
参考文献：
[1] 成大先 主编．机械设计手册[M]．北京：化学工业出版社，2003
[2] 吉林工业大学拖拉机教研室．拖拉机设计 下册[M]．吉林：吉林工业大学，1977
[3] 李景涌．有限元法[M]．北京：北京邮电大学出版社，1998
[4] 郝文化．ANSYS实例分析与应用[M]．北京：清华大学出版社，2004
岩石掘进机履带行走机构的设计要求
接串联式高压变频器，高压交流电输入 变频器以后不需要任何降压环节整流 输入高压Ｈ桥路，经过Ｈ桥变换之后 直接输出，电路简单、自损耗小、效率 高、体积小、重量轻、可靠性高、维护方 便。经过研究分析，他们认为ＩＧＢＴ直 接串联高压变频调速技术是集高速功 率可关断器件直接串联技术、正弦波技 术、抗共模电压技术、直接速度控制技 术（ＤＳＣ）为一体的“高压”变频器。与其 它调速方法相比，ＩＧＢＴ直接串联变频 调速具有无极调速、容易实现自动控 制、不用改变原设备结构和安装量小的 特点。因此，决定采用第三种方案，即 ＩＧＢＴ直接串联变频调速系统。
岩石掘进机履带行走机构的设计要求 兖州矿业（集团）公司机械制修厂 以提高掘进机的行走性能为前提，对掘 进机行走机构的设计要求进行理论分 析和研究，在提出履带行走机构在掘进 机中的各项功能以后，明确了行走机构 的工作原理和设计要求：对设计要求进 行探讨之后，进而选用行走机构不同要 求的设计参数和结构型式：对不同功率 掘进机的行走部进行三维建模设计和 理论分析，从而提高掘进机在不同工况 下掘进作业时的稳定性和适应能力。 掘进机都采用履带行走机构，它具 有机动性好、工作可靠、调动灵活和对 巷道底板适应性好等优点。履带行走机 构既是驱动掘进机行走、调动的执行机 构，又是整台掘进机的连接、支撑基础。 非工作状态时，它实现整机前进、后退、 转弯及爬坡等各种运动和牵引转载机 行走，调整位置为巷道掘进准备；当掘 进作业时，它承受截割机构的反力、倾 覆力矩及动载荷，实现掘进机的工作推 进。因此，履带行走机构设计参数的选 定对整机的正常运行、性能的可靠性和 工作的稳定性具有重要作用。（１）工作原 理。履带行走机构的左、右驱动装置都 凿岩机械气动工具．２０１３（２） 采用分别单独驱动的传动方式，按驱动 方式分为电动机驱动和液压马达驱动。 以液压马达驱动为例。行走机构主要由 履带架、履带、张紧轮、涨紧油缸、支重 轮、托轮或托链板、行走减速机、履带护 板以及液压马达等组成。履带行走机构 是依靠接地履带与巷道底板之间相对 运动所产生的摩擦力驱动掘进机行走 的，其最大静摩擦力取决于掘进机重量 以及履带板与底板之间的粘着系数，在 掘进机行走机构电动机容量一定或油 马达转矩一定的情况下，行走阻力如果 小于粘着力，当主动链轮旋转时，链轮 上的槽齿拔压履带链板上的链轨销．由 于粘着力的存在，因此阻止了履带链运 动，从而迫使机器整体向前移动。反之， 当行走阻力大于粘着力的时候，则会出 现履带打滑的现象。（２）履带行走机构的 设计要求。掘进机履带行走机构的设计 应当满足以下要求：合理设定履带行走 机构在整机的位置、左右履带行走机构 中心距和履带的接地长度，保证履带不 出现零比压现象．并且公称接地比压一 般不大于０．１４ ＭＰａ：履带行走驱动装置 功率选定合理．
小型履带式液压挖掘机底盘履带、支重轮、拖链轮的设计(附带CAD图纸)
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1 / 50 目 录
摘要………………………………………………………………………3
Abstract…………………………………………………………………...4
第一章引言5
1.1挖掘机简介5
1.2小型液压挖掘机的现状与发展趋势7
第二章结构参数计算9
2.1履带链轨节节距t与履带板宽度9
2.2驱动轮节圆直径Dq9
2.3导向轮工作面直径Dd9
2.4拖链轮踏面直径Dt9
2.5支重轮踏面直径Dz10
2.6链轨节数n、拖链轮数量10
第三章性能参数计算11
3.1行驶速度V11
3.2爬坡能力α11
3.3接地比压p12
3.4最大牵引力T13
第四章履带设计14
4.1履带介绍14
4.2履带结构和作用15
4.3履带装配设计21
第五章支重轮设计22
5.1支重轮简介22
5.2支重轮数量计算22
5.3两个支重轮间距离23
5.4支重轮设计23
5.5装配完成设计27
第六章拖链轮设计29
6.1拖链轮的工作原理29
6.2拖链轮的结构29
6.3拖链轮技术要求29
6.4拖链轮的组成零件设计30 精品好资料——————学习推荐
2 / 50 第七章设计小结与体会36
参考文献37
附录一：英文文献翻译38
附录二:英文文献原文42
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3 / 50 小型履带式液压挖掘机底盘履带、支重轮、拖链轮的设计
摘要：挖掘机，又称挖掘机械，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。本文介绍了小型履带式液压挖掘机履带、支重轮、拖链轮的结构形式及组成，并对其做了结构尺寸设计及履带行走装置性能参数的计算，给出了履带、支重轮、拖链轮装配图和各主要零件的零件图。
关键词：挖掘机 履带 支重轮 拖链轮
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4 / 50 The design of the small caterpillar hydraulic excavator’s
履带式行走底盘设计资料
目 录
摘要 ................................................................ 1
关键词 .............................................................. 1
1 前言 .............................................................. 2
1.1 该研究的目的及意义 .............................................. 2
1.2 履带式行走地盘设计的国内外发展状况 .............................. 2
1.2.1 国外的研究与发展 .............................................. 2
1.2.2 国内的研究与发展 .............................................. 3
2 设计任务书 ........................................................ 3
2.1 总体设计依据 .................................................... 3
2.1.1 设计要求 ...................................................... 4
2.1.2 设计内容 ...................................................... 4
2.2 产品用途 ........................................................ 4
2.3 产品的主要技术指标与主要技术参数 ................................ 4
沥青混合料摊铺机履带行走机构设计
龙源期刊网
沥青混合料摊铺机履带行走机构设计
作者：陈斌 黄颖 汪熙
来源：《科教导刊·电子版》2015年第03期
摘 要 按行走机构，摊铺机可分为履带式和轮式。履带式摊铺机运作时不易打滑，工作时具有较大的牵引力和较好的附着力，行驶稳定性好，紧急制动可靠，能有效的抵挡来自授料卡车的撞击。本次设计针对沥青混合料摊铺机履带行走机构。经过参考同类型的机械，实现沥青混合料摊铺机行走机构的方案设计。
关键词 履带 行走装置 设计
中图分类号：U415.521 文献标识码：A
1引言
沥青混合料摊铺机摊铺质量可靠，运作平稳，可用于各种道路、机场等工程中的摊铺作业。目前我国建设公路方面的投资保持较大范围，对摊铺机的使用量越来越大，并且对使用要求也越来越高。本次设计对履带行走机构进行研究，旨在改善摊铺作业的质量，提高其各方面的技术水平，这对引导摊铺机的发展有重要意义。
2总体设计
行走装置是用来承受机身重量和保证摊铺机行驶的机构。为了保证摊铺机正常工作，它还起着缓和地面对机体冲击的作用。行走装置由车桥，行走车架、轮系、橡胶履带组成。橡胶履带的松紧度通过调节螺杆使张紧轮向外推出或拉回来实现。行走装置把发动机的动力传递到驱动轮，保证摊铺机的正常工作与行驶，机架与行走装置通过前后支座刚性连接。履带装置主要由台车架、驱动轮、引导轮、支重轮、托链轮、轨链、张紧装置组成。
3设计与选型
3.1履带的选择
履带工作条件恶劣，必须具备足够的强度和刚度，耐磨性能要求良好，质量较轻以减少金属的消耗量以及减轻履带运转时的动载荷。履带和地面要有良好的附着性能，保证能发出足够大的牵引力。本次设计采用履带式行走装置，履带采用国产链轨，以降低成本。采用橡胶履带板，以提高摊铺机行驶的平稳性。
简易履带式行走机构的设计及通过性分析
简易履带式行走机构的设计及通过性分析
吴哲袁马岩*袁杨春梅袁李春袁李虎袁王海洋渊东北林业大学袁黑龙江哈尔滨150040冤
摘要院研究了国内外林间运输机械的现状袁针对我国林间科学研究的需求袁提出了简易履带式行走机构的设计方案袁并对其在林间的通过性能进行了分析遥关键词院林区曰简易式履带曰越障中图分类号院TH122文献标识码院Ａ文章编号院2095-2953渊2013冤12-0014-03
阅esignandPassageAnalysisofaSimpleCrawlerWalkingMechanism
WUZhe,MAYan*,YANGChun-mei,LIChun,LIHu,WANGHai-yang渊NortheastForestryUniversity,HarbinHeilongjiang150040,China冤
粤遭泽贼则葬糟贼院Thecurrentstatusofforesttransportationmachineryathomeandabroadisstudiedandadesignschemefora
simplecrawlerwalkingmechanismispresentedinviewofthedemandforwoodscienceresearch,withthepassagecapacityofthecrawlerwalkingmechanismintheforestanalyzed.运藻赠憎燥则凿泽院forestarea;simplecrawler;obstaclecrossing
由于山区林地运输环境恶劣袁我国主要还是利用畜力或人工来解决林区的生产运输问题袁这大大降低了林间运输作业的生产效率咱1暂遥目前袁国内只有少数地
区采用了机械化的运输方式袁但这些运输设备大多是从国外引进的袁不仅价格昂贵袁而且设备的维修及零部件的更换很不方便咱圆暂遥通过对国内外已有林业运输机
械的研究可以发现袁这类机械主要采用的是履带式结构袁这主要是由于履带式运输机械具有超强的环境适应性袁能适应各种复杂的林地环境咱猿暂遥国外对履带车辆
高速履带行走动力学分析论文
.
word版本. 第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
履带车辆本身是非常复杂的机械系统，其显著特点是行动部分采用履带行驶装置，履带是在发明车轮之后又一重大突破，履带装置将车辆从传统的“线”的活动围改良为“面”的活动围，使得在复杂多变的使用环境中履带车辆的野外行驶能力，越障能力和机动性能都得到保证。随着现代履带车辆对机动性要求不断提高，车辆在斜坡行驶、软地急转弯等恶劣工况行驶过程中耙齿、脱轮现象时有发生，使得车辆丧失机动性，陷入“瘫痪”状态，直接影响了车辆的行驶通过性和作战任务等。
现代军用履带车辆的发展总趋势是要求在降低车辆功耗的同时又要提高履带在链环上的稳定性[1]，以防止履带发生耙齿、脱轮现象。这不仅是提高车辆机动性的保证，而且可以改善车辆行驶平稳性和乘员的舒适性。因此对履带车辆行动系统动力学研究具有重要的实际意义。
本课题来源于“十二五”预研项目：“履带车辆行动系统高速啮合技术研究”，论文的重点是履带装甲车辆行动部分动力学分析研究。以特定类型履带装甲车辆为研究对象，以探究履带式车辆脱轮问题为出发点，着重研究履带装置各部件作用机理，并建立履带装置紧力的数学模型和履带车辆的多体动力学模型，进行不同工况下的仿真分析。
论文针对车辆典型行驶工况中脱轮问题进行重点分析，为提高履带车辆行驶性能和对脱轮问题的理论研究提供参考。通过建立履带装置紧力的数学模型，达到对紧力控制的目标，通过控制履带紧力，防止履带耙齿、脱轮现象发生；同时 .
word版本. 建立履带车辆的多体动力学模型，并且进行不同工况下的仿真，将结果与计算数据对比，以此来论证数学模型的准确程度，并且分析不同工况下履带受力状况，对提高履带行驶系统的设计水平及防止脱轮现象发生具有重要意义，为保持履带车辆的整车行驶性能良好提供了很大帮助，也为未来实现紧力的控制提供理论基础。
掘进机履带行走机构驱动轮的有限元分析
耋三堇 堡 Ｇ。ｎｇｙｉ ｙｕ Ｊｉｓｈｕ
掘进机履带行走机构驱动轮的有限元分析
邢向明 （仕木斯煤矿机械有限公司，黑龙江佳木斯１５４００３） 摘要：通过对掘进机行走机构的驱动轮进行模态分析，介绍了有限元分析的方法和步骤，推 了有限元分析方法在掘进机设计中的应用。 关键词：掘进机：驱动轮；有限元分析
１ 有限元法的基本概念 ＡＮＳＹＳ公司是南美国匹兹堡大学力学系教授、有限元法的权 威、著名的力学专家ＪｏｈｎＳｗａｎｓｏｎ博士，于１９７０年创建而发展起 来的，其主要模块有：（１）前处理模块。前处理器用于生成几何模型 和有限元模型；（２）求解模块。ＡＮＳＹＳ提供了２个直接求解器，波 前求解器平¨稀疏矩阵求解器，可计算线性联立方程组的精确解； （３）后处理模块。ＡＮＳＹＳ在求解过程中会将分析结果写入结果文 件，单个子部的结构作为数据存储，每个数据集可用的数据量和类 型由所完成的分析类型及求解阶段设置的选项来控制。 ２ ＡＮＳＹＳ的模态分析 模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别 方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性， 每一个模态具钉特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参 数由计算或试验分析取得，这样一个计算或实验分析的过程称为 模态分析。如果通过模态分析方法，搞清楚了结构物在某一容易受 影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可以预言结构在此频 段内，在外部或内部各种振源作用下的实际振动响应。因此，模态 分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。 ３模态分析的步骤 （１）创建有限元模型。模态分析中只有线性行为是有效的，只 有瞬态动力学分析中线性单元才能使用。如果指定了非线性单元， 系统将作线性单元处理。材料性质可以是线性或非线性的，各向同 性或正交各向异性的，恒定的或和温度相关的，但非线性特性将被 忽略。在模态分析巾必须指定材料的弹性模量ＥＸ和密度ＤＥＮＳ， 各个参数所用单位必须一致。 （２）施加边界条件并求解。在典型的模态分析中只有零位移约 束是唯一的有效载荷。如果结构每个主自由度没有指定零位移约 束，则ＡＮＳＹＳ自动启用零位移约束代替此处原有位置。其他类型 的载荷也可以在模态分析中进行指定，但是在模态提取时将不予 以考虑。ＡＮｓＹｓ计算出相应与所加的载荷向量，并将其写入模态 文件Ｊｏｂｎａｍｅ．ｍｏｄｅ中，以方便在模态叠加法谱响应分析或瞬态分 析中使用。 （３）模态扩展。求解器的输出内容主要是固有频率，固有频率 被写到输出文件Ｊｏｂｎａｍｅ．ｏｕｔ，及振型文件Ｊｏｂｎａｍｅ．ｍｏｄｅ中。输出 内容也可以包含缩减的振型和参与因子表，这取决于对分析选项 和输出控制的设置，由于振型现在还没有被写到数据库和结果文 件中，因此不能对结果进行后处理。要进行后处理和观察完全的振 型，则还需要对模态进行扩展。 （４）结果后处理。模态分析的结果，即模态扩展处理的结果最 终被写入结构文件Ｊｏｂｎａｍｅ．ｒｓｔ。结果包括以下几方面数据：固有频 率、以扩展的模态、相对应力和力分布（根据要求决定是否写入）。 ４驱动轮的模态分析 驱动轮是掘进机的重要零件之一，它是传递减速机输出扭矩 的关键，受力复杂，其性能直接影响掘进机的寿命和整机工作的可 靠性，所以有必要对其动态特性进行研究，这对于改善掘进机的整 体性能、降低振动和噪声具有重要意义。 ４．１ 三维仿真模型的导入 履带行走机构的驱动轮的结构较为复杂，由于ＡＮＳＹＳ软件 本身并不是专、№三维模型建立软件，所以不能在ＡＮＳＹＳ中建立 满意的供进行有限元分析的分析模型。因此，需要在三维建模软件 中建立履带架模型，再通过日益成熟的各工程软件的接口或通用 的ＩＧＥＳ等文件格式导入到ＡＮＳＹＳ软件巾进行有限元分析。本文 就是利用ＡＮＳＹＳ１０．０与Ｐｒ０／ＥＮＧＩＮＥＥ３．０的无缝接口，在安装完 ＡＮＳＹＳ１０．０时利用Ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ的ＡＮＳ ＡＤＭＩＮ选项，进行配置，使 ＡＮＳＹＳ１０．０在Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥ３．０中直接生成文什菜单，使在 Ｐｒ０／ＥＮＧＩＮＥＥ３．０巾建模的三维实体不用切换应用程序就能进入 ＡＮＳＹＳ１０．０中进行有限元分析。 ４．２网格划分 由有限元理论可知，三维实体模型是无法直接用来进行有限 元计算的，所以需要对实体模型进行网格划分以生成有限元模型。 （１）ＡＮＡＳＹＳ模型的单元属性设置。存ＡＮＳＹＳ中，首先给驱 动轮模型设置单元类型，点选Ｍａｉｎ Ｍｅｎｕ主菜单＞Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ前 处理器＞Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｔｙｐｅ单元类型＞Ａｄｄ／Ｅｄｉｔ／Ｄｅｌｅｔｅ添加／编辑／ 删除，对于已经在三维建模进行设置单元属性的，在出现的 ＥｌｅｍｅｎｔＴｙｐｅｓ单元类型对话框中单击Ａｄｄ添加，在弹出的Ｌｉｂｒａｒｙ ｏｆＥｌｅｍｅｎｔ Ｔｙｐｅｓ单元类型库对话框中选择单元类型。 （２）设置材料属性。对于驱动轮选择理想弹塑性模型，材料参 数需要定义密度、弹性模量和泊松比，定义方法是：单击Ｍａｉｎ Ｍｅｎｕ主菜单＞Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ前处理器＞Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｒｏｐｓ材料属性＞ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｍｓｄｅｌｓ材料模型，存材料属性对话框中，定义弹性模量为 ２．１ Ｘ １０“Ｐａ，泊松比为０．３５，密度为７ ８００ ｋｇ／ｍ 。 （３）通过网格划分工具设置网格划分属性。建立几何模型和选 择单元类型后，就应基于几何模型进行网格划分。网格形式直接影 响结果精度和模型规模，因此网格划分是建模过程中关键的环节。 在ＡＮＳＹＳ ｑ１提供了自由和映射两种网格划分方法。自由网格没 有特定的准则，对单元形状没有限制，生成的单元不规则，因此划 分时容易出错；而映射只包含六面体单元，生成的单元形状比较规 则，不易出错，考虑到驱动轮为比较规则的对称结构，因此选用自 由网格进行划分。 单击Ｕｔｉｌｉｔｙ Ｍｅｎｕ实用菜单＞Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ前处理器＞Ｍｅｓｈｉｎｇ 网格＞Ｍｅｓｈｔｏｏｌ网格划分工具，激活网格划分工具ＭｅｓｈＴｏｏｌ。由于 自动划分单元网格能保证模态分析的精度，所以采用自由网格自 动划分。网格划分后的仃限元模型如图ｌ所示。 ４．３模态求解 本例选定ＢｌｏｃｋＬａｎｃｚｏｓ（兰索斯法），结构低阶频率对结构动 态影响较大，模态提取阶数和模态扩展设定都为６阶。提取６阶模 态设置，捉取频率范围为０－－１００００Ｈｚ。 操作方法：单击Ｍａｉｎ Ｍｅｎｕ主菜单＞Ｓｏｌｕｔｉｏｎ求解＞Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｔｙｐｅ选择分析类型＞Ｎｅｗ Ａｎａｌｙｓｉｓ新分析，在弹出对话框中选择 Ｍｏｄｅｌ，然后单击ＡｎａｌｙｓｉｓＯｐｔｉｏｎｓ， （下转第１０３页）
某履带无人平台行走机构设计
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–工装设计·某履带无人平台行走机构设计doi:10.16648/ki.1005-2917.2019.03.074某履带无人平台行走机构设计袁芬 赵洪雷 卢国轩 李彪 吴宏涛（中国北方车辆研究所，北京 100072）摘要：在借鉴同步齿形带传动原理的基础上，提出了某履带无人平台行走机构的设计思路。对橡胶履带节距和宽度、驱动轮设计、导向轮以及负重轮的设计参数进行了分析，为同类行走机构的设计提供了新的设计思路和方法。关键词：同步齿形带；行走机构；橡胶履带；驱动轮履带式车辆具有接地面积大、接地比压小、附着性能好、爬坡能力强等优点，广泛用于工程机械和农业机械等野外作业车辆中[1]。近几年伴随着无人车的兴起，越来越多的无人车辆采用履带式结构形式，而履带行走机构的优劣直接影响着车辆的性能。本文针对某履带式无人平台，在借鉴同步齿形带的基础上提出了行动系统的设计要点和解决方法。一、 履带式行走机构履带行走系统由驱动轮、张紧轮、履带、负重轮、车架组成。履带与其所绕过的驱动轮、导向轮和负重轮组成“三轮一带”，由于尺寸较小，省去了传统“四轮一带”中的托带轮[2]。驱动轮前置，将来自电机的扭矩传递给橡胶履带。导向轮后置，用于引导履带正确绕转。张紧装置保证履带前进时不因稍受外力即松弛。负重轮轮组，保证履带接地压力分布均匀。二、 行走系统的设计履带行动系统中驱动轮和橡胶履带的设计通常有两种方案。第一种方案是由聚氨酯和橡胶等材质制成的同步齿形带，这种方案将履带驱动轮设计成同步带结构，并与齿形带啮合，带动履带运动；第二种方案是参考金属制成的链式履带，履带驱动轮设计成链轮结构，啮合链式履带。在大多数的履带车辆中选择第二种方案，在本系统中考虑到该行走系统主要在城市楼宇中作业，为降低生产成本和周期借鉴了第一种方案。（一） 履带由于该行走底盘属于小型车辆，选用了工程机械上常用的橡胶履带。在履带的选型和设计中，橡胶履带的节距Pb是最重要的一个参数，可参考金属履带选取，根据经验公式估算：PGb=(13.5~23)4式中：Pb –履带节距，单位为mm；G–整机重量，单位为kg。根据计算值参照各橡胶履带制造商的选型表，最终确定履带节距。在履带选择中还需要考虑接地比压P，该值与行动系统工作路面有关，决定了行动系统的通过性，并通过此值确定履带总结地面积A。A≥GPALb=2式中，L–行走机构的接地长度，单位为m；G–车体重量，单位为kN；b–履带宽度，单位为m；P–接地比压，单位为kPa。履带宽度和履带接地长度的经验公式：bL=0.18~0.22根据上面的计算，按照所选厂家提供的橡胶履带标准选取。在本项目中选用的橡胶履带参数为：宽度130mm ×节距60mm ×节数33。（二） 驱动轮驱动轮的作用是将驱动电机的动力传递给履带，因此驱动轮与履带啮合顺畅是整个行走系统最关键的因素。一般履带驱动轮齿数不宜少于7个，且驱动轮齿数和履带的节数互为质数，保证均匀啮合，增加使用寿命。橡胶履带驱动轮的节圆直径：dmzPz==b/π齿顶圆直径：dd0=−2δ式中：Pb–履带节距；Z–驱动轮齿数；δ–节顶距。选择z=1，z=13，经计算d=0.251mm，齿顶圆直径d0=0.245mm。一般情况下履带和驱动轮的啮合有三种情况，即：亚节距啮合、等节距啮合、超节距啮合。实际中，等节距啮合只是一个理论概念，履带和驱动轮的啮合要么是亚节距啮合，要么是超节距啮合[3]。但在设计时，选择等节距啮合，给设计和加工留出误差余量。在装配时允许亚节距啮合的出现，因为这种亚节距会伴随着履带和驱动轮齿的磨损、履带张紧等慢慢过渡到等节距啮合、超节距啮合，但是橡胶履带节距不能过小，否则容易出现爬齿现象。在研制中一般推荐橡胶履带节距比驱动轮节距小3%以内。（三） 导向轮和张紧装置导向轮布置在车体后部，用于引导履带正确绕转，防止跑偏和越轨。不需要传递速比，为保证行走系统的稳定性，其直径与驱动轮一致。张紧装置采用机械式调整机构，保证履带前进时不因稍受外力即松弛而影响履带和驱动轮的正常啮合。（四） 负重轮负重轮的个数和布置应有利于使履带接地压力分布均匀。因此，在本项目中采用多支点结构，形成一个负重轮轮组，该轮组与车架紧密连接，支撑来自整台车的质量。一般负重轮的直径和橡胶履带的关系为dP=−(1.53)b，每边负重轮的个数通常为3～5个，在本行走系统中每边负重轮为5个，形成一个负重轮组。三、 实物验证情况在完成某履带式无人平台行走结构底盘的设计和制造后，为验证底盘的性能，对该底盘行动系统分别进行了台架试验、公路地面行驶、攀爬楼梯等试验，行动系统运转顺畅，满足性能指标要求。四、 结论本文提出了使用同步带原理对履带和驱动轮设计的理念，并通过对履带选型、驱动轮设计等核心部件的参数确定进行了分析研究，对负重轮、导向轮及张紧装置的设计方法进行了阐述，为更多同类型履带行走机构的设计提供了参考依据。参考文献[1] 齐英杰，孙志刚，马岩，方彦.小型履带拖拉机行走系统设计分析与实验研究[J].农机化研究，2018（1）：228～233.[2] 孙振杰，刘俊峰，李彩风，李建平.微型农用履带式行走装置的设计方法[J].农机化研究，2011（10）：55～58.[3] 姜金球.履带链轮亚节距啮合技术的研究[J].矿山机械，1995（1）：22～25. Copyright©博看网 . All Rights Reserved.
履带式车辆关键机构分析与设计_巩青松
２００８年第４期农业装备与车辆工程
【设计与研究】农业装备与车辆工程
ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬＥＱＵＩＰＭＥＮＴ＆ＶＥＨＩＣＬＥＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ２００８年第４期
（总第２０１期）Ｎｏ．４２００８
（Ｔｏｔａｌｌｙ２０１）
履带式车辆关键机构分析与设计
巩青松１，董阿忠２，陈靖芯１，秦永法１，袁鹤来１，习强１
（１．扬州大学机械工程学院，江苏扬州２２５００９；２．江苏省灌溉动力管理二处，江苏南京２１１５００）
摘要：分析与设计了履带式作业车的行走系、传动系和操纵机构。在分析履带式作业车的行走系结构形式的基础
上，运用驱动力与行驶阻力平衡方程对驱动力进行了分析与计算，为车辆发动机的选型提供依据；采用了一种液压
传动与机械传动相结合的传动方式，确定了传动系的关键设计参数；操纵机构采用了集中操纵方式。履带式车辆行
走系的力学分析方法适用于履带式车辆的设计与开发。液压传动与机械传动相结合的传动方式，不仅可以使发动机
功率分配合理，而且可以提高车辆的操纵性能。集中式操纵杆布置形式使车辆结构紧凑。分析与设计方法已成功用
于某履带式作业车辆的样机研制。
关键词：履带式车辆；分析；设计；行走系；液压无级变速；操纵机构
中图分类号：Ｕ４６９．６＋９４文献标识码：Ａ文章编号：１６７３－３１４２（２００８）０４－００１０－０６
收稿日期：２００８－０２－０１
基金项目：科技部创新基金项目（０７Ｃ２６１４３２０１３５７）
作者简介：巩青松（１９７２－），男，扬州大学机械工程学院车辆工程专
业硕士生。ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＤｅｓｉｇｎｆｏｒＫｅｙＭｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆａＴｒａｃｋｅｄＶｅｈｉｃｌｅ
ＧＯＮＧＱｉｎｇ－ｓｏｎｇ１，ＤＯＮＧＡ－ｚｈｏｎｇ２，ＣＨＥＮＪｉｎｇ－ｘｉｎ１，ＱＩＮＹｏｎｇ－ｆａ１，ＹＵＡＮＨｅ－ｌａｉ１，ＸＩＱｉａｎｇ１
（１．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｈｏｏｌｏｆＹａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ２２５００９，Ｃｈｉｎａ；
全断面煤巷高效掘进机行走驱动轮设计
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全断面煤巷高效掘进机行走驱动轮设计
作者：郑晓东 蔡健 张宁宁
来源：《中国新技术新产品》2016年第04期
摘 要：全断面煤巷高效掘进机行走机构采用整体履带板加支重轮式结构，由驱动轮驱动履带板，从而实现整机的移动并提供截割机构向前的工作推力。驱动轮是行走机构的关键零件，其性能直接影响整机运行的平稳性和截割工作的高效性。本文通过全断面煤巷高效掘进机行走驱动轮的设计过程，介绍了一种驱动轮齿形的设计方法。
关键词：全断面煤巷高效掘进机；驱动轮；齿形设计
中图分类号：TD421.5 文献标识码：A
1 引言
目前煤矿井下使用的掘进机多采用整体履带板加支重轮式结构，由驱动轮驱动履带板，从而实现整机的移动。履带板可依据煤炭相关设计标准设计。但是驱动轮没有相应的煤炭设计标准，多根据履带板的结构尺寸和链传动相关链轮设计标准，进行类比设计，寻求齿形的设计。
2 行走机构简介
大多数工程机械采用履带式行走机构，履带又分为组合式履带和整体式履带。工程机械常用的是套筒滚子链式履带行走机构，各个零件组装在一起，可单独更换，但在煤矿机械使用时，由于更换拆卸困难，不易在掘进机工作的恶劣工况下实施。经过不断的发展改进，目前掘进机多采用驱动轮带动整体式履带板加支重轮式的行走驱动形式，以滚动摩擦代替以往的滑动摩擦，运行阻力小，运行平稳、传动可靠、结构简单、使用维修方便。驱动轮用来将行走机构的动力传递给履带，因此对驱动轮的主要要求是啮合平稳，并在履带因销套磨损而伸长时，仍能很好啮合，不得有“跳齿”现象。履带行走装置的驱动轮通常放在行走机构的后部，这样会缩短履带张紧段的长度，减少功率损失。
3 齿形的设计方法
驱动轮设计要根据所设计机型的整机重量等确定履带板的节距等结构尺寸，整机所需推力等确定所需驱动力，从而确定行走功率，根据总体要求，确定行走速度，选择合适的行走减速机，确定减速比，选择驱动轮的大小、齿数等。本全断面煤巷高效掘进机的齿形设计主要参考相关的链轮设计标准，将工作齿廓段设计为一段直线段结构，齿槽分离量根据履带板的结构确定。齿形设计主要参数的选择见表1。